Какво е пиезометър?
Пиезометърът, известен още като уред за измерване на порово налягане, се използва за измерване на поровото водно налягане в почви, земни/скални насипи, основи и бетонни конструкции. Определението за пиезометър обаче не се изчерпва с това. Те се използват също така за предоставяне на важни количествени данни за величината и разпределението на поровото налягане и неговите изменения във времето.
Този геотехнически сензор помага при оценката на характера на филтрацията, зоните с потенциална суфозия и ефективността на предприетите мерки за контрол на филтрацията. Пиезометърът се използва и за измерване на водното ниво в язовири, кладенци и сондажи.
Какво измерва пиезометърът?
Налягането, на което е подложена водата, съдържаща се в порите на земни материали, бетонни конструкции или скали, обикновено се нарича порово водно налягане. Във всяка програма за инструментални измервания при геотехнически или геоструктурни проучвания, свързани с големи строителни съоръжения като високи сгради, язовири, подземни тунели и др., измерването на поровото водно налягане (известно още като пиезометрично ниво) играе важна роля. Пиезометрите измерват поровото налягане, което помага за наблюдение на поведението на конструкцията след нейното изграждане. Този показател може да индикира потенциално опасни условия, които биха могли да повлияят неблагоприятно на стабилността на съоръжението, неговите основи и прилежащите му елементи. Той също така предоставя основни данни за подобрения в проектирането, които допринасят за по-безопасно и по-икономично проектиране и строителство.
Приложения на пиезометъра:
Използването на пиезометър е от съществено значение, тъй като изследването на поровото налягане има следните основни цели:
- Ефектът на водата в порите на почвата или скалата е да намали тяхната носимоспособност. Този ефект е по-силно изразен при по-високо порово водно налягане, което може да доведе до пълна загуба на носимоспособността на почвата.
- Определяне на нивото и характера на движение на подпочвените води.
- Определяне на характера на филтрация на водата в земнонасипни/скалнонасипни и бетонни язовири и техните основи, и очертаване на депресионната крива.
Сфери на приложение на пиезометрите
Пиезометърът се използва за следните цели:
- Контрол по време на строителство, изследване на стабилността и мониторинг на земни язовири, насипи, основи, плитки подземни съоръжения и повърхностни изкопи.
- Измерване на хидростатичен подем и градиенти на поровото налягане в основи, насипи, устои и други.
- Хидрогеоложки проучвания, изследване на налягането на подпочвените води и дейности, свързани с водоснабдяването.
- Изследвания на поровото налягане във връзка с приложения в областта на отпадъците и околната среда.
- Мониторинг на поровото налягане за целите на подобряване на почвата, оценка на стабилността и устойчивостта на откоси.
- Рекултивация на земи в крайбрежни райони с висока гъстота на населението за изграждане на магистрали, многоетажни сгради, пристанища или съоръжения за отдих.
Защо пиезометрите с вибрираща тел са най-добрият избор?
Пиезометрите с вибрираща тел измерват поровото водно налягане в напълно или частично водонаситени почви и скали. Честотният изходен сигнал на пиезометъра с вибрираща тел предлаган от Геотех Груп е устойчив на външни смущения. Той може да работи при наличие на влага в окабеляването, което е често срещано в геотехническите приложения, и е способен да предава сигнали на големи разстояния. Също така намира приложение при измерването на положително или отрицателно порово налягане в почва, бетонен масив или скала.
Конструкцията на пиезометъра включва чувствителна мембрана от неръждаема стомана, опъната тел от магнитна стомана с висока якост на опън, керамичен филтър с ниска въздухопропускливост, термистор, стъкло-метално уплътнение и корпус от неръждаема стомана, устойчив на ръжда и корозия.
Пиезометър с вибрираща тел – Принцип на действие
Ето как работи пиезометърът с вибрираща тел. Той се състои от опъната тел от магнитна стомана с висока якост на опън, единият край на която е анкериран, а другият е прикрепен към мембрана, която се деформира пропорционално на приложения натиск. Всяка промяна в налягането предизвиква пропорционална деформация на мембраната, което влияе на напрежението в опънатата тел. По този начин, всяка промяна в поровото налягане пряко се отразява на напрежението в телта.
Телта се възбужда да вибрира от електромагнитна бобина.
Пропорционално на напрежението в нея, тя резонира с честота „f“, която може да се определи по следния начин:
f = [σ g/ ρ]1/2/ 2l Hz
където σ = напрежение на телта
g = гравитационна константа
ρ = плътност на материала на телта
l = дължина на телта
Резонансната честота, с която вибрира телта, индуцира променлив ток в електромагнитната бобина. Поровото налягане е пропорционално на квадрата на честотата, като регистриращото устройство (readout logger) Модел EDI-54V може да го покаже директно в инженерни единици.
Гама пиезометри с вибрираща тел предлагани от Геотех Груп
Пиезометрите с вибрираща тел се произвеждат в различни обхвати на измерване. Вибриращата тел и електромагнитната бобина са затворени в корпус от неръждаема стомана, който е електронно-лъчево заварен към мембраната. Това създава вакуум от около 1/1000 Torr вътре в сензора, което го прави нечувствителен към ефектите от проникване на вода и други корозивни материали, които могат да присъстват във водата. Тъй като пиезометърът е с конструкция от неръждаема стомана, той не се влияе от обичайната химическа корозия на местата, където се използва.
Във всеки пиезометър е вграден термистор за следене на температурата и, ако е необходимо, за извършване на температурна корекция на нулевото показание. Триполюсен плазмен катоден отводител вътре в корпуса на трансдюсера предпазва бобините за възбуждане и отчитане на вибриращата тел от електрически пренапрежения, като тези, които могат да бъдат предизвикани от преки или непреки мълниеносни удари.
Стандартно се използва плосък керамичен филтър с ниска въздухопропускливост, с дебелина 3 мм и размер на зърната 40-60 микрона. Водата, която се просмуква през вътрешни пори или пукнатини в скалните формации на основите на язовири, в бетонния масив на конструкции, в почвената основа на съоръжения, в рекултивирани почви и т.н., преминава през филтъра и оказва натиск върху мембраната. В зависимост от приложението се предлагат филтри с различна порьозност и въздухопропускливост.
- Модел EPP-30V е здрав, електронно-лъчево заварен пиезометър с вибрираща тел, подходящ за мониторинг на поровото налягане в тежки съоръжения като земнонасипни/скалнонасипни язовири и масивни бетонни конструкции по време на строителството, както и за дългосрочен мониторинг след завършването му.
- Модел EPP-40V е пиезометър с малък диаметър (19 мм), специално проектиран за мониторинг на поровото налягане в сондажи с малък диаметър по време на строителни дейности. Той също така има стъкло-метален споен конектор за лесно свързване на кабела.
- Модел EPP-60V е пиезометър за ниско налягане, създаден да следи ниски порови налягания. Той се използва широко за измервания на слягания и за измервания на водно ниво/водно налягане в сондажи.
- Модел EPP-50V е пиезометър от набивен тип, който измерва поровото водно налягане в меки почви/глини и депа за отпадъци. Той има заострен конус в единия край и резба за сондажен прът в другия.
- Модел EPP-20V е сензор за хидростатичен подем, който използва най-новата технология с вибрираща тел за осигуряване на дистанционно цифрово отчитане на флуидно и/или водно налягане в наблюдателни тръби, сондажи и насипи.
- Модел EPP-10 е пиезометър с порест накрайник, състоящ се от порест филтър, покрит с геотекстил, PVC тръба, подходящи адаптери и крайна капачка.
- Модел EPP-10SP е отворена наблюдателна тръба (standpipe), използвана за измерване на нивото на подпочвените води и неговите промени във времето. Състои се от тръба, която е уплътнена по цялата си дължина и се инсталира в сондаж.
- Модел EPP-10/6 е индикатор за водно ниво, използван за измерване на дълбочината на подпочвените води в наблюдателни тръби, сондажи и кладенци.
- Модел EPU-20G е устройство за измерване на хидростатичен подем, състоящо се от перфорирана/неперфорирана тръба с диаметър 50 мм и достатъчна якост.
Характеристики на пиезометрите предлагани от Геотех Груп
- Надеждни, точни, икономични и лесни за отчитане.
- Защитени от пикови напрежения, причинени от мълнии.
- Лесен монтаж в наблюдателни тръби и съдове под налягане; идеални за подземни работи.
- Херметически затворени под вакуум от 0,001 Torr; конструкция от неръждаема стомана.
- Снабдени с термистор за допълнително измерване на температурата.
- Могат да измерват отрицателно налягане. Не са ограничени от дълбочината на водата да бъде в рамките на 5 м от наблюдателната станция, както е при двутръбните пиезометри.
- Много малко времезакъснение при отчитане.
- Предаване на сигнала като честота по кабели с голяма дължина.